[发明专利]一种铜铟镓硒薄膜电池透明导电层结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于光电材料新能源技术领域，涉及一种具有“类金字塔”表面陷光结构的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的透明导电层结构及其制造方法。

背景技术

目前，薄膜太阳能电池在降低成本方面比发展最成熟的晶体硅太阳电池具有更大的优势：一是实现薄膜化后，可以极大地节省昂贵的半导体材料；二是薄膜电池的材料制备和电池同时形成，因此节省了许多工序；三是薄膜太阳电池采用低温工艺技术，不仅有利于节能降耗，而且便于采用廉价衬底（玻璃、不锈钢、聚合物等）。因此，发展低成本新型薄膜太阳能电池是未来国际光伏产业的必然趋势。作为直接能隙半导体化合物材料，铜铟镓硒薄膜（CIGS）太阳能电池的吸收系数高达105cm^-1，光电转化效率是所有薄膜太阳能电池中最高的；而且稳定性好、无光致衰减效应；同时允许以廉价、柔性衬底连续化沉积，其材料成本和生产成本具有更大的降低空间。CIGS薄膜电池为新一代最有竞争力的商业化薄膜太阳能电池，已成为全球光伏领域研究热点之一，从而研究CIGS薄膜电池光电转化率具有重要意义。

表面陷光结构可增加光吸收的表面积，能有效地降低光的反射率，从而降低光学损失并提高电池转化效率。因此，可以通过制作表面陷光结构来改善CIGS薄膜太阳能电池透明导电层结构单一的现状，从而提高吸收层光的吸收率，增强CIGS薄膜电池的光电转化率。

现有技术中主要采用MOCVD或热喷涂的方法直接沉积出“类金字塔”表面陷光结构，但容易产生有害物质，对环境会造成污染。而另一种用磁控溅射沉积平面薄膜后再用稀HCL腐蚀出“类金字塔”表面陷光结构的方法，加工效率低，对环境有污染，而且“类金字塔”表面陷光结构不可控。

发明内容

本发明的目的之一在于针对当前CIGS薄膜太阳能电池的透明导电层结构单一，吸收层的光吸收率受限的不足，提出一种能够有效提高光的吸收效率的具有类金字塔形表面陷光结构的铜铟镓硒薄膜电池透明导电层结构。

本发明的目的之二在于提出一种具有类金字塔形表面陷光结构的铜铟镓硒薄膜电池透明导电层结构的制造方法。此制造方法简单高效，可控精确，适应工业化生产。

为实现本发明的目的之一所采用的技术方案为：一种铜铟镓硒薄膜电池透明导电层结构，包括铜铟镓硒透明导电层，所述导电层具有表面陷光结构，该表面陷光结构为类金字塔形。

优选的，所述表面陷光结构具有多个类金字塔形凸起，所述多个类金字塔形凸起的大小一致或不同。

优选的，所述类金字塔形凸起的大小，类金字塔形凸起分为若干部分，同一部分的大小相同，不同部分的大小不同。

优选的，所述类金字塔形的凸起为圆锥体、斜棱锥或棱台的凸起结构。

优选的，该铜铟镓硒透明导电层为含Al掺杂ZnO的导电膜。

优选的，该铜铟镓硒透明导电层的厚度为0.1um～0.6um。

为实现本发明的目的之二所采用的技术方案为：一种根据权利要求1所述铜铟镓硒薄膜电池透明导电层结构的制造方法，包括以下制造步骤：

（1）基于分形几何理论的表面陷光结构微观形貌特征的数字化建模方法，在计算机上构建类金字塔形表面陷光结构的数字模型；

（2）将一定比例的Zn和Al封在石英管中并接上真空系统，抽真空后将石英管封离，或用高纯惰性气体保护，然后进行加热熔炼，最终制成Zn-Al合金靶；

（3）将已依次叠合有背电极、吸收层、缓冲层和窗口层的衬底在丙酮中超声波清洗，再依次在去离子水和无水乙醇中清洗后用氮气吹干，同时将ZnAl合金靶置于纯氩气氛下预溅射以清洁靶面；

（4）将衬底置于直流反应磁控溅射设备中，运用计算机根据所设计的类金字塔形的表面陷光结构模型的数据，来控制溅射靶的三维行走轨迹，最终在窗口层表面上形成类金字塔形的表面陷光结构。

上述封离，指在器件排气过程终了，管内气体压强达10-5帕以下时，将器件与排气系统分开并保持密封的过程。

优选的，Al掺杂在合金靶中的含量为2～3%（wt），2～3%（wt）表示重量比为2～3%。

优选的，衬底在丙酮中超声波清洗时间为25～35min。

优选的，Zn-Al合金靶置于纯氩气氛下预溅射时间为7～9min。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：